工程光学郁道银第二版
P
u (1/ n)
2
u n
1/
u n
u 1/
n
2
u n
u n
W
u (1/ n)
u n
1/
u n
u 1/
n
u n
u n
光学系统的 7 种初级像差，分别被 7 个塞得和数决定
ZF 2 : nD 1.67268, 32.2, nF 1.68747, nC 1.66662
I 0.02013, II 0.01013 L0 (1909022 871.332 9.943) 0
1
1 1 2
2
2 1 2
A.双胶合物镜 （小视场，校正色差，球差，近轴慧差）--胶合面：有足够大的 正球差抵消1,3面的负球差，伴随大孔径要求，导致大的正高级球 差（大于1,3面的负高级量和），系统因此有正高级球差。
焦距f‘mm
50
100 150
200
300
500
1000
相对孔径D/f’ 1:3
1:3.5 1:4
1:5
1:6
,
3, II
a112 a232 b11 b23 c
三、薄透镜的正弦差：OSC0
1 2J
SII
SII
lunip (i
i)(i i)
SI
ip i
OSC0
1 2
h2
n
n
1
1
2n n
1
1
n 2
n 1
或
OSC0
1 2
h2
n
n
1
2
2n n
1
2
n 2
n 1
9
OSC0
1 2
h2
BI
(nI ,I
, I，2）＋B
II
(nII ,II
, II，2）
OSC0 D112 D2 3 E
10
K9 : nD 1.51637, 64.1, nF 1.52196, nC 1.51389
看出，初级像差已经过矫正，所以必须对高级像差进行校正， 顺序为先色差，再球差。正弦差通过选择玻璃来满足。
CII
CI
ip i
6
一、薄透镜的初级位置色差：
1. 单薄透镜：
CI
h2
,
lch
1 nu2
CI
l2
物无穷远：
lch
f
2. 薄透镜系统：
lch
1 nu2
CI
1 2 0 1 2 1 2
1
1 1 2
2
2 1 2
7
二、薄透镜的初级球差：
1.
单薄透镜： L0
1 2nu2
SI
1 2nu2
h4 A h lu
1
r
1
l
A
n
n
2 22
2n 12
n 1
4n n
4 2
2
3n 1
n 1
2
k
SIV ,
1
SIV
J2
n n nnr
畸：
yp
1 2nu
k 1
SV ,
SV
(SIII
SIV
)
ip i
色差
位置色差：
lch
1 nu2
k 1
CI ,
CI
luni
dn n
dn n
倍率色差：
ych
1 nu
k 1
CII ,
2 0.02282, r2 43.82
OSC (1.34592 0.03022) 0.00049 0.0025
11
1 0.01617, r1 61.84, 3 0.007761, r3 128.85
d
x1
tm
x2
D2 8r1
D2 8r2
2
实际光学系统的设计：非常复杂，一般分为六步：
a) 光学系统的外形尺寸、 b) 初始结构参数、 c) 像差校正、 d) 像质评价、 e) 确定各光学元件的公差， f) 和绘制光学系统图等。
3
初级像差理论求解满足成像质量的初始结构 PW 法
1-1.简单物镜结构计算：单组元镜头，胶合，间隙很小的双分离：孔径视场小
单色像差
球差：
L0
1 2nu2
k
SI , SI luni(i i)(i u)
1
弧矢慧差：K so
1 2nu
k 1
SII , SII
SI
ip i
像散：
xsp
1 2nu2
k
SIII ,
1
SIII
S II
ip i
像曲：xp
1 2nu2
第十章 光学设计
• 第一节 PW形式的初级像差系数 • 第二节 薄透镜的基本像差参考量 • 第三节 双胶合薄透镜组基本像差参考量 • 第四节 单薄透镜 • 第五节 用PW方法求解初始结构参数实例 • 第六节 像差校正方法 • 第七节 优化设计 • 第八节 实例
1
实例部分
• 第八节 显微物镜的优化设计 • 第九节 激光光束聚焦物镜优化设计 • 第十节 激光扫描物镜优化设计 • 第十一节 非球面镜头优化设计实例
2
3n n
2
22
n
n2
12
3
L0
1 2nu2
AI
nI
,I
,
2 , I
AII
nII
,II
,
2 , II
a22 b2 c
8
L0
1 2nu2
AI
nI
,I
,
2 , I
AII
nII
,II
＋tm＝8
f
D2 (n 1)
＋tm
d1 4, d2 2
r1 61.84
d1 4
K9
r2 43.83
d2 2
ZF2
r3 128.85 12
已知参数，d光边缘光线（h＝12.5），近轴光线，和F, C 光的 带光线（h＝8.8375）光路计算边光球差和带光色差
Lm Lm l 98.023 97.863 0.160 Lch,Z LF LC 97.967 97.906 厚度的平行平板，还需保留相当的负色差和球差补 偿平板产生的正的像差
nF nD nC 球差 n
4
1、缩放法
光学技术手册，专利文献，找到与目标光学特性相近的 结构，在此基础作整体缩放
2、代数法
初级像差理论求解满足成像质量的初始结构 PW法
P ni(i i)(i u) W (i i)(i u)
